钠离子电池电解质材料和电极/电解质界面特性：从基础研究到实际应用

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钠离子电池因其具有原料丰富、成本低廉等特点而得到人们的广泛关注。作为钠离子电池的重要组成部分，电解质材料的研究开发对于钠离子电池整体性能的提高和器件的工程开发具有重要作用。面向不同钠离子电池体系的应用开发需求，以有机溶剂、离子液体、水溶液、固态电解质和多元复合电解质等为代表的不同系列电解质材料先后得到系统的创新研究，通过电极/电解质材料间的界面特性研究和优化改性，并采用先进表征技术揭示了钠离子电池的反应特性和演化机理，为钠离子电池整体电化学性能的有效提升提供了理论和技术支持。

本文论述了钠离子电池电解质材料的主要分类和不同体系的Na+传输机理，通过对各类电解质材料的物性分析和比较，对存在的科学问题和技术瓶颈进行了阐述：第一类为有机体系的钠离子电池电解质，主要包括酯类和醚类电解质，从电化学性质和电极相容性等方面探讨了有机电解质材料的研究内容和应用方向；第二类为离子液体基钠离子电池电解质，对不同种类离子液体的物性特征与应用电池电化学性能的相关性进行了深入探讨；第三类为水系钠离子电池电解质，系统阐述了与水发生溶剂化的阴、阳离子在水系钠离子电池中的电化学存储行为和界面演化过程，并探讨了盐浓度、pH值、溶解氧浓度等指标对水系电解质电化学性能的作用影响；第四类为固态钠离子电池电解质，包括凝胶聚合物电解质和无机固态电解质（包括硫化物、Al2O3、NASICON、氢化物和新型无机物等），讨论了组成、形貌、结构等因素对于固态电解质性能的影响；第五类为复合钠离子电池电解质，总结了液液、固液和固固等多种电解质的复合形式和物性特征。

在此基础上，本文从电解质中钠离子性质、SEI膜主要组分和对应功能等方面对相界面特性进行了深入分析：通过对不同修饰技术的比较，阐述了相界面的修饰方法和原理；论述了固态电解质层包覆技术，提出了界面改性的可行思路和有效手段。从电解质工程化发展的角度探讨了推动钠离子电池产业化发展的进程，提出了钠离子电池电解质关键技术未来发展的总体架构，阐明了各类电解质材料未来发展的应用前景。

相关结果发表在Advanced Materials (DOI:10.1002/adma.201808393)。

陈人杰，北京理工大学教授、博导；中国材料研究学会理事（能源转换与存储材料分会秘书长）、中国固态离子学会理事、国际电化学能源科学学会（IAOEES）委员会委员、北京电动车辆协同创新中心研究员。主要研究领域：多电子高比能二次电池新体系及关键材料、新型离子液体及功能电解质材料、特种功能电源全固态二次电池器件及薄膜材料。作为负责人，承担了国家自然科学基金委项目、科技部重点研发计划项目、中央在京高校重大成果转化项目、北京市重大科技项目等课题。近五年来在Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Nature Commun.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Energy Environ. Sci.、Nano Energy等期刊发表SCI收录论文210篇（IF>12的39篇）；申请发明专利68项，获授权28项；获批软件著作权5项，出版学术专著2部。作为主要完成人，获得国家技术发明二等奖1项、部级科学技术一等奖3项。